JP2013231724A - 電力デバイスアナライザ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 デバイスアナライザは、選択された電圧または電流レベル、および高電流容量における電源信号パルス幅を有する複数の電源信号パルスを生成するように構成されるコレクタ電源と、被試験対象(「DUT」)がコレクタ電源ソース端子とコレクタ電源共通端子との間に電流路を形成するように接続されるときに、複数の電源信号パルスがコレクタ電源ソース端子において印加されるコレクタ電源ソース端子に接続される電源スイッチとを備え、電源スイッチは、コレクタ電源電流の高電流容量を有する複数の狭くなったスイープ信号パルスとして複数の電源信号パルスを伝えるように、又は、電流路中の電流を選択された定電流レベルに調節して動作するように、構成される。
【選択図】図2
Description
図1は、デバイスアナライザ100の一実施例の概略図である。図1のデバイスアナライザ100は、アナライザ筐体102、複数のモジュールベイ104、モジュール相互接続106、波形モニタ108、デバイスアナライザコントローラ120、および試験プローブモジュール130を含む。図1のデバイスアナライザ100は、高電力デバイスを分析するための種々のオプションを提供する、モジュールベイ104中のカーブトレースモジュールを選択的に含むことによって、ユーザ側で構成可能である。デバイスアナライザコントローラ120は、モジュールのうちの選択された1つが試験を実施することを可能にすることによって、デバイスアナライザ100の全体的な動作を制御するように、かつ波形モニタ108および試験プローブモジュール130へのアクセスをモジュールに提供するようにプログラムすることができる。一実施例では、デバイスアナライザコントローラ120は、個々のカーブトレースモジュール中のプロセッサが、デバイス分析を実施するための処理を制御することを可能にする一方で、システム動作を制御することができる。別の実施において、デバイスアナライザコントローラ120は、デバイスアナライザ100の中に含まれるモジュールのいずれかに対する処理リソース、ならびにシステム管理を提供することができる。
図2は、高電流カーブトレースモジュール200の一実施例の概略図である。図2の高電流カーブトレースモジュール200は、コレクタ電源202、電源スイッチ204、電流計206、および電圧計208を含む。高電流カーブトレースモジュール200は、2つのモード:狭パルス電圧モードおよび定電流源モードのうちの1つで動作するように制御される。コントローラ250は、高電流カーブトレースモジュール200の動作を制御するために提供される。
図4は、図1のデバイスアナライザ100の選択された機能に対して使用することができる、多機能ユニットの一実施例の概略図である。図4の多機能ユニット400は、可変パルス電流源コンポーネント406、可変パルス電圧源コンポーネント404、電流計コンポーネント402、および電圧計コンポーネント408を含む。図4の多機能ユニット400は、概略的に図示される。コンポーネント402、404、406、および408のそれぞれの動作を制御するために使用することができ、かつ特に電流計コンポーネント402および電圧計コンポーネント408によって提供することができる情報を得るために使用することができる、入力および出力信号は図示されていない。
図5Aは、狭パルス電圧モードで動作する図2の高電流カーブトレースモジュール200の実装によって生成される、I−V曲線のトレース500の一実施例を示すグラフである。I−V曲線のトレース500は、IGBTデバイスに対するIc−VCE特性を示す。図5Bは、定電流源モードで動作する図2の高電流カーブトレースモジュール200の例示的な実装によって生成される、LDMOSデバイスのドレイン抵抗測定550の一実施例を示すグラフである。高電流カーブトレースモジュール200の例示的な実装は、最大で1500Aのコレクタ電源202からのピーク電流、最大で22.5kWのピーク電力、最大で60Vの出力開放電圧(DUTが存在しないときのDUTポートにおける電圧)、および2μsの分解能を有する10μs〜1msの制御可能パルス幅が可能である。コレクタ電源202はまた、電圧パルスまたは電流パルスモードで動作することが可能である。狭パルス電圧モードまたは定電流源モードのいずれかで動作する、図2の高電流カーブトレースモジュール200を使用して、他の種類の測定が実施することができることが、当業者によって理解されるものとする。
図6は、高電圧中電流カーブトレースモジュール600の一実施例の概略図である。図6の高電圧中電流カーブトレースモジュール600は、高電圧中電流(「HVMC」)コレクタ電源602、第2のゲート信号発生器620、第2の電圧計640、および第2の電流計642を含む。第1、第2、および第3のDUTポート132、134、136は、高電圧、中電流トレースモジュール600に接続するように切り替えられる。
図9は、高電圧カーブトレースモジュール900の一実施例の概略図である。高電圧カーブトレースモジュール900は、高電圧コレクタ電源902、ならびに可変パルス電圧源コンポーネント904aおよび電圧計コンポーネント904bを含む高電圧多機能ユニット904を含む。高電圧多機能ユニット904は、ピーク定格電圧(peak voltage rating)を有するパルス電源として動作するように構成される。高電圧多機能ユニット904はまた、高電圧多機能ユニット904によって生成される電圧を増幅するために接続される、高電圧増幅器906も含む。高電圧増幅器906は、低レベルから、高電圧多機能ユニット904のピーク定格電圧よりも高い高レベルに及ぶ可変電圧レベル、および高電圧多機能ユニット904によって決定されるパルス幅を有する、電圧スイープ信号を生成する。高電圧多機能ユニット904は、高電圧増幅器906の増幅率に従って増幅される、選択されたパルス幅および電圧レベルのパルスを生成するように、図2に示すコントローラ250と同様の方法で構成されるコントローラによって制御することができる。
パルスI−V曲線のトレースは、自己発熱によってDUT150を破壊する可能性を低減する一方で、I−V特性の測定を可能にする。パルスI−V曲線のトレースが生成されるとき、スイープ信号のパルスの期間中、測定が行われる。しかしながら、パルスは、低レベルまで低下する前の一定期間にわたって安定しているレベルまで完全に上昇することはほとんどない。典型的には、パルスは、測定を行うために十分安定する前に、ある程度のセトリング時間を必要とする可能性がある。
1.狭くなったスイープ信号パルスのうちの1つに対応する、パルス波形をグラフ化すること。
2.測定期間および測定開始遅延期間を表示すること。
3.測定期間、および狭くなったスイープ信号パルスのパルス期間に対する期間値を示すこと。および、
4.波形モニタ上のI−V波形の表示上に、パルス波形トレースを重ね合わせること。
カーブトレーサにおけるコレクタ電源は通常、典型的には可変抵抗器である、出力抵抗器を含む。出力抵抗器は、曲線トレース上の電力制限を設けるために使用することができる。所与の曲線トレース中の出力抵抗器の値は、負荷線としてDUTの抵抗と共に曲線トレース上に現れる。負荷線は、各ゲート設定に対する各曲線トレースの端点、または二次スイープ電圧が結ばれる。すなわち、負荷線の傾斜は、出力抵抗およびDUTの抵抗の合計値を示す。ユーザは、最大電力制限を設定するように、出力抵抗を調整することができる。電圧スイープの間、スイープは、最大電力制限に対応する電圧値までに制限される。電流スイープの間、スイープは、最大電力制限に対応する電流値までに制限される。
図15Aは、高電圧、高電流高速スイッチカーブトレースモジュール1500の一実施例の概略図である。高電圧、高電流高速スイッチ(「高速スイッチ」)カーブトレースモジュール1500は、高電流多機能ユニット1504、高電圧多機能ユニット1506、および電流源保護ダイオード1508を含む、高速スイッチコレクタ電源1502を含む。高速スイッチコレクタ電源1502は、DUT150にドレイン電流IDを提供する。二次スイープ信号発生器1528は、曲線トレース中に二次スイープを提供するために、ゲート信号を生成する。図15の高速スイッチカーブトレースモジュール1500は、DUT150に対するI−V曲線のトレースを実施するように、かつストレス電圧からの電流崩壊を受ける三端子デバイスを分析する試験を実施するように構成される。
Claims (10)
- 被試験対象(「DUT」)がコレクタ電源ソース端子とコレクタ電源共通端子との間に電流路を形成するように接続されるとき、選択された電圧または電流レベルと、前記コレクタ電源ソース端子において高電流容量の電源信号パルス幅とを有する、複数の電源信号パルスを生成するように構成される、コレクタ電源と、
前記コレクタ電源ソース端子に接続される電源スイッチであって、前記コレクタ電源電流の前記高電流容量を有する、複数の狭くなったスイープ信号パルスとして、前記複数の電源信号パルスを伝えるために、前記電源信号パルス幅よりも狭い狭パルス幅で、前記電流路の閉成および開放をするように、または前記電流路中の前記電流を選択された定電流レベルに調節するように、状況に応じて作動される、電源スイッチと、
前記電源スイッチに接続するように構成される、第1のDUTポートと、
前記コレクタ電源共通端子に接続するように構成される、第2のDUTポートであって、前記DUTが前記第1および第2のDUTポートに接続されるとき、前記複数の電源信号パルスが前記DUTに印加される、第2のDUTポートと、
前記DUTにおける前記複数のスイープ信号パルスが前記複数の狭いスイープ信号パルスであるとき、前記狭くなったスイープ信号パルスの前記狭パルス幅内で、前記DUTにわたるDUT電圧を測定するように構成される、電圧計と、
前記DUTにおける前記複数のスイープ信号パルスが前記複数の狭いスイープ信号パルスであるとき、前記狭くなったスイープ信号パルスの前記狭パルス幅内で、前記DUTを通るDUT電流を測定するように構成される、電流計と、
を備える、デバイスアナライザ。 - 前記コレクタ電源は、
最大でピーク定格電流の電流を生成する、電流源と、
前記電流源が電流源コンデンサを充電すること、およびコレクタ電源電流を前記電流路に供給することを可能にするように、前記電流源にわたって配置される、電流源コンデンサであって、前記電流源の前記ピーク定格電流よりも高い前記コレクタ電源の前記高電流容量を提供する、電流源コンデンサと、
前記電源信号パルス幅、および前記コレクタ電源ソース端子上の選択された電圧レベルを有する、複数の可変電圧パルスを生成する、電源電圧発生器と、
前記電源電圧発生器からの前記可変電圧パルスを緩衝増幅するように接続される、緩衝増幅器であって、前記コレクタ電源ソース端子において、前記電流源コンデンサからの前記コレクタ電源電流の実質的に全部を提供するように、前記電流源コンデンサによって電力供給される、緩衝増幅器と、
前記DUTが、端子がゲートDUTポートに接続される、三端子デバイスであるとき、ゲート信号を前記DUTに提供するために、前記ゲートDUTポートにおいて前記ゲート信号を生成するように構成される、ゲート信号発生器と、
前記デバイスアナライザが狭パルス電圧モードで動作しているとき、スイッチパルスが電源スイッチドライバによって生成される、狭パルス幅を有するスイッチ作動パルスを生成することにより狭パルス電圧モードに従って、かつ前記電流ループ中の電流レベルを調節することにより定電流源モードに従って、前記電源スイッチを制御するように構成される、電源スイッチドライバと、
コントローラであって、
電圧または電流を提供するために、可変電圧または電流で前記複数の狭くなったスイープ信号パルスを生成するように、前記電流源、前記電源電圧発生器、および前記電源スイッチドライバを制御することと、
異なる電圧を有するゲート信号を生成するように、前記ゲート信号発生器を制御することであって、前記複数の狭くなったスイープ信号パルスが、前記ゲート信号の前記異なる電圧に対して生成される、前記ゲート信号発生器を制御することと、
によって、前記狭パルス電圧モードで前記デバイスアナライザを動作させるように構成される、コントローラと、を備え、前記コントローラは、
前記電源スイッチを通じて出力電流レベルを設定するように、前記電源スイッチドライバを制御し、電流スイープを通じて前記出力電流レベルを調整することと、
前記電流スイープ中に前記複数の可変電圧を生成するように、前記電源電圧発生器を制御することと、
前記複数の可変電圧のそれぞれにおけるDUT電圧およびDUT電流を測定することと、
前記測定されたDUT電圧および電流に対するDUT抵抗値を含む、DUT特性を計算することと、
によって、前記定電流源モードで前記デバイスアナライザを動作させるように構成される、
請求項1に記載のデバイスアナライザ。 - 前記コントローラは、
低い電流レベルから所望の電流レベルに電流をスイープするために、定電圧および可変電流レベルで、前記複数の狭くなったスイープ信号パルスを生成するように、前記電流源、前記電源電圧発生器、および前記電源スイッチドライバを制御すること、
によって、定電流源モードで動作するようにさらに構成され、
前記電源スイッチは、
前記狭パルス電圧モードで動作中、前記第2のパルスによって作動させられるとき、閉成するように構成される、スイッチング要素と、
前記定電流源モードで動作中、前記第2のパルスによって作動させられるとき、選択された電流レベルを導びくように構成される、調節要素と、
を備える、
請求項2に記載のデバイスアナライザ。 - 前記コレクタ電源、前記電源電圧発生器、前記電源スイッチ、前記電源スイッチドライバ、前記電圧計、および前記電流計は、高電流カーブトレースモジュールに実装され、前記デバイスアナライザは、高電圧中電流カーブトレースモジュールをさらに備え、前記高電圧中電流カーブトレースモジュールは、
ブレークダウン電圧よりも大きい前記DUTの電圧レベルで、前記DUTを分析する高電圧DC電源として動作するように、かつ前記DUTのI−V特性を分析する可変電圧および狭パルス電源として動作するように構成される、第2のコレクタ電源であって、前記高電圧DC電源と前記可変電圧および狭パルス電源との間で切替可能である、第2のコレクタ電源と、
前記DUTが三端子デバイスであるとき、ゲート信号を前記DUTに生成するように構成される、第2のゲート信号発生器と、
前記DUTにわたる電圧を測定するように構成される、第2の電圧計と、
前記DUTを通る電流レベルを測定するように構成される、第2の電流計と、
を備え、
前記第1、第2、および第3のDUTポートは、前記高電圧中電流トレースモジュールに接続するように切り替えられる、
請求項2に記載のデバイスアナライザ。 - 前記コレクタ電源、前記電源電圧発生器、前記電源スイッチ、前記電源スイッチドライバ、前記電圧計、および前記電流計は、高電流カーブトレースモジュールに実装され、前記デバイスアナライザは、高電圧カーブトレースモジュールをさらに備え、前記高電圧カーブトレースモジュールは、
可変パルス電圧源コンポーネントと、電圧計コンポーネントとを備える、高電圧多機能ユニットであって、ピーク定格電圧を有するパルス電源として動作するように構成される、高電圧多機能ユニットと、
前記高電圧多機能ユニットによって生成される電圧を増幅するように接続される、高電圧増幅器であって、低いレベルから、前記高電圧多機能ユニットによって決定される前記ピーク定格電圧およびパルス幅よりも大きい高レベルに及ぶ可変電圧レベルを有する、電圧スイープ信号を生成するように構成される、高電圧増幅器と、
分圧器の一方の端部で前記高電圧増幅器の出力に接続され、前記分圧器のもう一方の端部は、反対側の前記高電圧多機能ユニットに接続される、前記分圧器であって、前記分圧器は、前記高電圧多機能ユニットの前記電圧計コンポーネントに接続される、分圧ノードを備える、分圧器と、
ピコアンペアレベルの電流まで測定するように構成される、第3の電流計であって、前記第3の電流計は、前記DUTにおける前記電流レベルを測定するために、前記高電圧多機能ユニットの前記可変パルス電圧源コンポーネントへの戻り電流路中に配置される、第3の電流計と、
を備え、
前記第1および第2のDUTポートは、前記高電圧増幅器の出力および前記第3の電流計のそれぞれにおいて、前記高電圧カーブトレースモジュールに接続するように切り替えられ、前記高電圧多機能ユニット中の前記電圧計コンポーネントは、前記DUTにおける前記電圧を測定し、前記第3の電流計は、前記高電圧増幅器が変化するにつれて、前記DUTを通る前記電流を測定する、
請求項2に記載のデバイスアナライザ。 - 前記コレクタ電源、前記電源電圧発生器、前記電源スイッチ、前記電源スイッチドライバ、前記電圧計、および前記電流計は、高電流カーブトレースモジュールに実装され、前記デバイスアナライザは、高電圧、高電流高速スイッチカーブトレースモジュールをさらに備え、前記高電圧、高電流高速スイッチカーブトレースモジュールは、
可変パルス電圧源コンポーネントと、電圧計コンポーネントとを備える、高電圧多機能ユニットであって、前記高電圧多機能ユニットは、電圧ソース端子と、電圧共通端子とを備え、選択可能なパルス電圧を生成するように構成される、高電圧多機能ユニットと、
可変パルス電流源コンポーネントと、電流計コンポーネントとを備える、高電流多機能ユニットであって、前記高電流多機能ユニットは、電流ソース端子と、電流共通端子とを備え、電流源として動作するように構成され、前記高電流多機能ユニットは、前記高電圧多機能ユニットと並列に接続され、前記電圧共通端子は、前記電流共通端子に接続される、高電流多機能ユニットと、
前記DUTがオフであるとき、前記高電圧多機能ユニットからの電流が前記高電流多機能ユニットに流れることを阻止するように、かつ前記DUTがオンであるとき、電流が前記高電流多機能ユニットから流れることを可能にするように、前記電流ソース端子における前記高電流多機能ユニットと、前記電圧ソース端子における前記高電圧多機能ユニットとの間に接続される、電流源保護ダイオードと、
前記DUTが三端子デバイスであるとき、ゲート信号を前記DUTに生成するように構成される、第2のゲート信号発生器と、
をさらに備え、
前記第1、第2、および第3のDUTポートはそれぞれ、前記高電圧多機能ユニットの前記電圧ソース端子、前記高電圧多機能ユニットの前記電圧共通端子、前記第2のゲート信号発生器において、前記高電圧高電流高速スイッチカーブトレースモジュールに接続するように切り替えられ、
前記高電圧多機能ユニット中の前記電圧計コンポーネントは、前記DUTにおける前記電圧を測定し、前記高電流多機能ユニット中の前記電流計コンポーネントは、前記DUTを通る前記電流を測定し、
前記高電圧多機能ユニットによって生成される、前記選択可能なパルス電圧は、前記DUTにわたって印加され、前記ゲート信号は、前記DUTをオンにするように切り替えられ、前記DUTにおける前記電圧および電流は、経時的な電流および電圧応答の分析を可能にするように、経時的にグラフ化される、
請求項2に記載のデバイスアナライザ。 - 前記コレクタ電源、前記電源電圧発生器、前記電源スイッチ、前記電源スイッチドライバ、前記電圧計、および前記電流計は、高電流カーブトレースモジュールに実装され、前記デバイスアナライザは、高電圧、高電流高速スイッチカーブトレースモジュールをさらに備え、前記高電圧、高電流高速スイッチカーブトレースモジュールは、
可変パルス電圧源コンポーネントと、電圧計コンポーネントとを備える、高電圧多機能ユニットであって、前記高電圧多機能ユニットは、電圧ソース端子と、電圧共通端子とを備え、選択可能なパルス電圧を生成するように構成される、高電圧多機能ユニットと、
可変パルス電流源コンポーネントと、電流計コンポーネントとを備える、高電流多機能ユニットであって、前記高電流多機能ユニットは、電流ソース端子と、電流共通端子とを備え、電流源として動作するように構成され、前記高電流多機能ユニットは、前記高電圧多機能ユニットと並列に接続され、前記電圧共通端子は、前記電流共通端子に接続される、高電流多機能ユニットと、
前記電流源保護スイッチがオフであるとき、前記高電圧多機能ユニットからの電流が前記高電流多機能ユニットに流れることを阻止するように、かつ前記電流源保護スイッチがオンであるとき、前記DUTに対する電流源として動作するように、前記電流ソース端子における前記高電流多機能ユニットと、前記電圧ソース端子における前記高電圧多機能ユニットとの間に接続される、電流源保護スイッチと、
ゲート信号を前記電流保護スイッチに生成するように構成される、スイッチゲート信号発生器と、
をさらに備え、
前記DUTは、二端子デバイスであり、前記第1および第2のDUTポートはそれぞれ、前記高電圧多機能ユニットの前記電圧ソース端子、および前記高電圧多機能ユニットの前記電圧共通端子において、前記高電圧高電流高速スイッチカーブトレースモジュールに接続するように切り替えられ、
前記高電圧多機能ユニット中の前記電圧計コンポーネントは、前記DUTにおける前記電圧を測定し、前記高電流多機能ユニット中の前記電流計コンポーネントは、前記DUTを通る前記電流を測定し、
前記高電圧多機能ユニットによって生成される前記選択可能なパルス電圧は、前記DUTにわたって逆バイアスとして印加され、前記ゲート信号は、前記電流保護スイッチをオンにするように切り替えられ、前記DUTにおける前記電圧および電流は、経時的な電流および電圧応答の分析を可能にするように、経時的にグラフ化される、
請求項1に記載のデバイスアナライザ。 - 電流−電圧(「I−V」)波形を含む、ユーザ側で構成可能なトレースにおいて電圧および電流測定を表示するように構成される、波形モニタと、
パルス波形アナライザであって、
前記電圧計および電流計が電圧および電流測定を行うことができる測定期間、ならびに前記狭くなったスイープ信号パルスの前記狭パルス期間の開始後、前記測定期間を開始するための待ち時間を示す、測定期間の開始の遅延を含む、選択可能なパルスパラメータのユーザ入力を容易にするための、ユーザ入力機能と、
前記狭くなったスイープ信号パルスのうちの1つに対応するパルス波形をグラフ化するように、前記測定期間および前記測定期間の開始の遅延を表示するように、前記狭くなったスイープ信号パルスの前記測定期間およびパルス期間に対する期間値を示すように、かつ前記波形モニタ上のI−V波形の表示に前記パルス波形トレースを重ね合わせるように構成される、パルスグラフ化機能と、
を備える、パルス波形アナライザと、
をさらに備える、請求項1、4、5、6、または7に記載のデバイスアナライザ。 - DUTに対するI−V波形特性を提供するために、前記DUT測定を信号スイープ中の信号クリップ値と比較するように構成される、信号クリップ機能であって、前記信号クリップ値は、前記DUTにおける前記電圧または電流を制限するように選択される、ユーザ選択可能な電圧、電流、または電力値である、信号クリップ機能
をさらに備える、請求項1、4、5、6、または7に記載のデバイスアナライザ。 - 前記コレクタ電源、前記電源電圧発生器、前記電源スイッチ、前記電源スイッチドライバ、前記電圧計、および前記電流計は、高電流カーブトレースモジュールに実装され、前記デバイスアナライザは、
複数のモジュールベイを備える、アナライザ筐体であって、各モジュールベイは、前記高電流カーブトレースモジュールおよび少なくとももう1つのカーブトレースモジュールを支持するように構成され、デバイスを特性付けするための測定を実施するように構成される、ハードウェアおよびソフトウェアコンポーネントを備える、アナライザ筐体と、
前記高電流カーブトレースモジュールおよび前記少なくとももう1つのカーブトレースモジュールに、電気および制御接続性を提供するように構成される、モジュール相互接続と、
ユーザ側で構成可能なトレースで、前記高電流カーブトレースモジュールおよび前記少なくとももう1つのカーブトレースモジュールからの電圧および電流測定を表示するように、前記モジュール相互接続に接続される、波形モニタと、
前記高電流カーブトレースモジュール、および前記少なくとももう1つのカーブトレースモジュール、ならびに前記波形モニタの動作を制御するように構成される、デバイスアナライザコントローラと、
前記高電流カーブトレースモジュールあるいは前記少なくとも1つの他のカーブトレースモジュールのうちの選択された1つからの接続を提供するように構成される、試験プローブモジュールであって、
前記第1のDUTポートは、測定中、前記DUTの第1の端子に接触する第1のプローブとして実装され、
前記第2のDUTポートは、測定中、前記DUTの第2の端子に接触する第2のプローブとして実装される、
試験プローブモジュールと、
をさらに備える、
請求項1に記載のデバイスアナライザ。
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